装配设计 (DFA) 在 PCB 制造中的重要性
装配设计 (DFA) 在 PCB 制造中的重要性
在PCB制造过程中，装配设计（DFA）是一个关键环节，它直接影响到电路板的制造质量和使用寿命。本文将全面介绍DFA的定义、执行步骤及其在PCB制造中的重要性，帮助设计师掌握更高质量的电路板制造方法。
什么是装配设计 (DFA)？
PCB DFA（Design for Assembly）是一种在PCB设计阶段就考虑组装过程的方法，旨在减少制造过程中的问题，缩短生产时间，并确保更高质量的电路板。它特别适用于从第三方供应商处获得电路板组装的客户，因为DFA可以帮助控制整个PCBA流程。DFA过程分为三个主要阶段：
- PCB布局设计：根据IPC标准定义设计规则和间隙。
- 制造数据审查：在提交给供应商前审查Gerber、拾取和放置等文件。
- 电路板组装检查：检查焊接过程，包括波峰焊和回流焊。
通过这三个阶段的结合，可以实现高回报的电路板制造。
PCB DFA 指南 – 设计阶段
标准零件选择
在PCB设计中，选择合适的组件至关重要。应优先选择分销商随时可用的部件，避免使用过时或NRND（不推荐用于新设计）的组件。使用标准封装和推荐占用空间的部件，减少多个封装部件的使用。同时，要仔细检查制造商信息，避免任何错误的引脚组装。
设置电气间隙规则
遵守IPC-2221定义的电气间隙标准对于获得良好的PCB DFA至关重要。合理的间隙尺寸有助于优化焊接工艺，并在组件发生故障时便于维修。此外，为散热部件预留足够的空间，避免过热影响信号流行为。可以添加热通孔和裸露的铜区域来改善散热。
板边与部件之间的间隙
电路板轮廓与附近放置的部件之间应保持100mil的间隙。在电路板制造的原型阶段或生产阶段，PCB会被组装在面板中。如果间隙不足，部件在分板时可能会断裂。建议导电迹线和铜部件的间隙为10mil，通孔与其他部件的间隙约为7mil。
元件标记
正确的丝网印刷标记对于PCB DFA至关重要。应确保所有零件都有清晰的方向、引脚1指示和极性标记。对于IC，引脚1应保持在左上角方向；二极管的阳极引脚应使用三角形符号表示，并在整个PCB上保持一致。将相同封装的组件保持在同一行，便于波峰焊和焊锡粘贴工艺。
执行 DRC 检查
DRC（Design Rule Check）检查是确保PCB布局符合制造要求的重要工具。在完成电路板布局后，应使用eCAD软件进行DRC检查，验证公差、间隙、重叠、短路等潜在问题。在导出输出数据前，务必仔细检查Gerber和CAM文件。
PCB DFA 指南 – 组装阶段
在电路板制造完成后，需要进行深度质量检查，以排除任何制造缺陷。以下是组装阶段的关键检查点：
- 确保焊接工具和机器运转正常、清洁、校准良好，并配有适当的照明、较低的湿度工作空间以及防静电手套和防静电垫。
- 携带详细的物料清单，包含准确的零件编号、组装规格和组装图，以避免错误焊接。
- 在组装前仔细阅读焊接组件的热曲线。
- 通过均匀润湿工艺避免在较小封装中产生墓碑效应，避免部件暴露在极高温度下。
- 避免形成焊桥，确保回流曲线正确。
- 检查焊球，这些残留在电路板区域的小颗粒可能在波峰焊过程中导致短路。
- 组装完成后，使用AOI（自动光学检测）检查焊料空洞和焊球，使用X射线机检查BGA封装中的故障。
- 对于压配组件，确保公差严格，以确保顺畅的装配过程。
其他 PCB DFA 指南
- 在设计和组装过程中关注振动和应力，以延长PCB板的使用寿命。
- 在裸板上执行基本功能测试，检查顶层和底层之间的导电性。
- 生产工程师应掌握正确的装配方法，避免焊接错误。
- 在回流装配数据中添加基准点，便于准确识别拾取和放置位置。
- 避免在同一区域混合模拟和数字信号的复杂布局。
- 明确定义质量流程，确保生产部门和内部部门的协作。
总结
PCB DFA是确保电路板制造质量和使用寿命的关键环节。通过规范化DFA流程，可以最大限度地减少设计和组装阶段的错误和缺陷，提高成本效益和电路板的电气机械性能。对于大规模生产来说，良好的DFA实践可以避免组装过程中的延迟，降低项目风险。工程师还可以利用供应商提供的DFM和DFA支持，进一步优化设计和制造过程。